● 연기
화재로 인한 인명 사고에는 화재발생장소 부근에서의 화염이나 열에 의한 경우 뿐만 아니라 건물내에 확산되는 연기를 무시할 수 없다.
이러한 연기는 건물내를 확산하여 불이 나지 않은 장소나 피난통로에 침입하여 그 곳의 거주자가 연기에 의하여 질식사하기도 하고 피난 통로가 없어져 피난이 늦어지기도 하는 원인이 된다.
화재시 연기의 영향은 연기에 동반하는 열기류가 가진 고온, 산소의 부족, 일산화탄소 등 유독가스에 의한 인체로의 직접적인 영향 이외에 시야의 저하, 그에 따른 심리적 불안에 의한 피난행동의 영향 등 수많은 요소가 있다.
즉 연기는 가시거리의 저하를 초래하며 그 독성과 호흡곤란에 의한 피난자의 생리적 영향 이외에 심리적 불안을 초래해서 피난행동에 영향을 준다.
1. 연기의 정의
- 공기 중 부유하는 0.01 ~ 10μm 크기의 고체 또는 액체의 미립자
- 연기생성물 중에 고체나 액체의 미립자가 들어 있어 눈으로 볼 수 있는 상태
- 기체 가운데 완전 연소되지 않은 가연물이 고체 미립자가 되어 떠돌아다니는 상태
- 탄소함유량이 많은 가연성 물질이 산소부족 상태에서 연소할 경우 다량의 탄소입자가 생성되는 것
- 연기는 독성이 있다.
- 공기보다 고온이기 때문에 일반적으로 천장의 하면을 따라 순방향으로 이동한다.
- 유동속도: 수평방향(0.5~1m/s) < 수직방향(2~3m/s) < 계단실내(3~5m/s)
- 피난활동 중 인체 시각의 제약요인이 가장 큰 것이다.
2. 연기의 유동
① 바람
- 외부의 바람이 건물 내로 유입하여 연기를 이동시킬 수 있다.
- 바람에 의한 압력차에 의해 연기를 이동시킬 수 있다.
② 팽창
- 화재 시 온도상승으로 인한 가스의 팽창으로 연기를 이동시킬 수 있다.
③ 부력
- 화재 시 온도상승으로 인한 부피는 팽창하고 밀도와 무게가 감소하므로 연기를 이동시킬 수 있다.
④ 공조설비
- 건축물 내부에 있는 냉난방, 통풍, 공기조화설비의 영향으로 연기를 이동시킬 수 있다.
⑤ 피스톤효과
- 승강기 수직이동으로 인한 교란이 발생할 수 있다.
⑥ 연돌효과(굴뚝효과)
- 건축물 상, 하층의 내부와 외부의 온도, 압력차 때문에 건축물 하부에서 외부의 찬 공기가 유입되고 건물 내부의 더운 공기가 천장 위쪽으로 올라가 빠져나가는 현상
- 주로 고층건물에서 일어난다.
- 개구부에 방풍실 설치는 연돌효과 방지에 도움이 된다. 외기가 건물 내부로 들어오는 것을 최소화 시켜주는 방풍실은 연돌효과를 방지한다.
- 뜨거워진 공기가 굴뚝처럼 긴 통로를 따라 강한 통풍을 일으키며 올라가는 현상으로 고층 빌딩 비상계단이나 엘리베이터 등 긴 수직통로가 있는 곳에서 주로 발생한다.
- 건물화재 시 실내 공기의 무게와 밀도는 작아진다.
- 건물화재 시 온도가 상승하면 공기의 부피는 팽창한다.
- 영향요소: 건물의 높이, 외벽의 기밀도, 건물 내외의 온도차, 층간 공기누설
- 역굴뚝효과: 건축물 외부의 공기가 내부의 공기보다 따뜻할 때 건축물 내부의 공기가 위에서 아래로 이동하는 것
- 중성대: 건물화재 시 실내와 실외 정압이 같아지는 경계면
- 건물 내부의 압력이 외부의 압력과 일치하는 수직적인 위치가 생기는데, 이 위치를 중성대라 한다.
- 중성대 상부는 기체가 실내에서 외부로 유출되고 중성대 하부는 외부에서 실내로 기체가 유입된다.
- 중성대 상부는 열과 연기로부터 생존이 어려운 지역이고 중성대 하부는 신선한 공기로 인해 생존 가능성이 높은 지역이다.
- 현장 도착 시 하부 출입문으로 짙은 연기가 배출 된다면 상부 개구부 개방을 강구하고, 하부 개구부에서 연기가 배출되고 있지 않다면 상부 개구부가 개방되어 있다고 판단한다.
- 밀폐된 내부에서 화재 발생시 중성대 상부를 개방했을 때 연소확대되지만 연기가 빠른 속도로 상승하여 외부로 배출되고 중성대 하층 면적이 커져 시야확보와 소화활동이 용이해진다. 반대로 중성대 하부를 개방한다면 연소확대와 동시 연기량이 증가하게 된다.
- 불연속선: 실내천장 쪽의 고온가스와 바닥쪽의 찬 공기의 경계선
※ 공기 중 산소농도는 연기의 유동과 관련 없다.
※ 저층 건축물 연기유동: 열, 대류의 흐름, 화재압력과 같은 방향으로 연기가 유동한다.
3. 연기농도에 따른 가시거리
| 감광계수 | 가시거리 | 연 기 |
| 0.1 | 20~40 | ㆍ화재초기 ㆍ연기감지기 작동점 |
| 0.3 | 5 | ㆍ건물 내부에 익숙한 사람이 피난에 지장을 느낄 정도의 농도 |
| 0.5 | 3 | ㆍ어두침침한 것을 느낄 정도 ㆍ불특정다수 출입장소의 피난한계 |
| 1.0 | 1~2 | ㆍ거의 앞이 보이지 않을 정도 ㆍ비발광체 사용시 2[m] 정도 보임 |
| 10 | 0.2~0.5 | ㆍ화재 최성기 ㆍ유도등이 보이지 않을 정도 |
| 30 | ㆍ출화실에서 연기가 분출될 때의 연기농도 |
- 감광계수와 가시거리는 반비례한다.
4. 연기 제어방법
- 배기 : 건물 내 압력차에 의해 연기를 외부로 배출시키는 방법
- 희석 : 외부로부터 다량의 신선한 공기를 공급해 연기의 농도를 낮추는 방법
- 차단 : 일정한 장소 내로 들어오지 못하도록 막는 방법
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